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Ja, natürlich. Die Modernisierung wurde im Holcim-Betonwerk in der Fredry-Straße 2, 30-605 Krakau, Polen, durchgeführt.

Die Idee entstand während meines Besuchs vor Ort, zu einer Zeit, als erneut ein Ausfall eines Elektromotors aufgetreten war. Eines Tages wandte sich der Betriebsleiter, Herr Krzysztof Rejdych, mit der dringenden Bitte an mich, einen beschädigten Motor zu reparieren. Zufälligerweise lieferte ich das reparierte Aggregat persönlich aus. Während unseres Treffens führte mich Herr Krzysztof durch das Werk und zeigte mir die Anwendung, in der der von uns reparierte Motor zum Einsatz kam.

Zunächst möchte ich kurz die Situation schildern, wie ich sie vorgefunden habe. Betrachten wir einen Abschnitt der Prozesslinie, der von einem zweistufigen Elektromotor mit einer Nennleistung von 18,5/23 kW angetrieben wird, der an ein mechanisches Getriebe gekoppelt ist. Dieses Antriebssystem bewegt eine Reihe von Seilen, an denen ein Laufwagen befestigt ist. Die mechanische Konstruktion selbst umfasst eine Reihe von Endschaltern, die die aktuelle Position des Laufwagens anzeigen und signalisieren, wenn ein Gangwechsel oder ein Stopp erforderlich ist. Alle Motorstarts und Drehzahländerungen (erster oder zweiter Gang) erfolgten direkt über das Stromnetz mithilfe von Netzschützen. Jeder Anlauf führte zu erheblichen elektrischen und mechanischen Überlastungen. Die gesamte Konstruktion war daher erheblichen Belastungen ausgesetzt.

Während des Rundgangs durch die Anlage sprachen wir über die Ursachen der Ausfälle. An einem Punkt fragte Herr Krzysztof, ob es möglich wäre, diese vollständig zu beseitigen oder zumindest zu reduzieren, da Stillstände erhebliche Kosten verursachen. Daraufhin schlug ich die Installation eines Frequenzumrichters vor, der die bestehenden Probleme durch eine vollständige Kontrolle des Motorbetriebs lösen würde. Dadurch lassen sich Überlastungen begrenzen und das Bremsverhalten grundlegend verändern, da der Frequenzumrichter die Hauptaufgabe des Bremsens übernimmt.

Ich erläuterte den Unterschied zwischen dem bisherigen Betrieb, bei dem die Bremse den Wagen bei voller Geschwindigkeit stoppen musste und dadurch erheblichen Belastungen ausgesetzt war, und einem Szenario, bei dem die Bremse erst greift, wenn der Wagen nahezu zum Stillstand gekommen ist. Dies verlängert die Lebensdauer der Bremse erheblich, da die Betriebszeit der Bremsscheiben deutlich erhöht wird. Mit einem Frequenzumrichter arbeitet die Bremse sequenziell und schützt im Falle eines Stromausfalls das gesamte Antriebssystem. In der Praxis ist sie damit nicht mehr Teil des eigentlichen Bremsvorgangs des Motors. Nach der Modernisierung dient die Bremse effektiv als Haltebremse.

Während des Besuchs fiel mir außerdem die Masse des Wagens und die potenzielle Energie auf, die jedes Mal gespeichert wird, wenn dieser in die obere Position gebracht wird. Bis dahin hatte ich diesem Aspekt wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Wie viele Ingenieure und Automatisierungsspezialisten, die ich kenne, hätte ich bei überschüssiger Rückspeiseenergie des Motors, insbesondere bei schnellen Verzögerungen, routinemäßig einen Bremswiderstand empfohlen. In diesem Fall brachte mich jedoch die Situation vor Ort dazu, die Frage neu zu bewerten: Warum sollte eine offensichtlich beträchtliche Energiemenge ungenutzt in Wärme umgewandelt werden, wenn sie sinnvoll genutzt werden kann?

Mir war bekannt, dass Mitsubishi Electric Energierückspeisemodule anbietet. Allerdings hatte ich noch nie von einer Anwendung einer solchen Lösung in einer Betonmischanlage gehört, in der üblicherweise Getriebe mit hohen Untersetzungen eingesetzt werden. Dennoch kam ich zu dem Schluss, dass die anfallende Energiemenge groß genug war, um diesen Ansatz zu rechtfertigen. Deshalb schlug ich anstelle eines Bremswiderstands, der Energie in Form von Wärme vernichtet, ein Rückspeisemodul vor, das die Energie zurückgewinnt und dem Produktionsprozess wieder zur Verfügung stellt.

Herr Krzysztof reagierte sehr positiv auf diesen Vorschlag und bat umgehend um ein Angebot sowie um den frühestmöglichen Umsetzungstermin. Um die Komponenten korrekt auszulegen und das Potenzial für elektrische Energieeinsparungen zu verifizieren, führte unser Implementierungsteam unter der Leitung von Dawid Wróblewski Messungen vor Ort sowie eine Datenanalyse durch. Anschließend wurde die Modernisierung umgesetzt.

Bezüglich der Frage nach der Betriebseffizienz möchte ich zwei wesentliche Aspekte hervorheben. Der erste betrifft Überlastungen und mechanische Belastungen, die die Lebensdauer des Systems beeinflussen und die Anzahl kostenintensiver Stillstände erhöhen. Der zweite Aspekt betrifft die Energieeffizienz.

Es ist hervorzuheben, dass der Wagen eines der zentralen Elemente der Produktionslinie darstellt und täglich mehrere hundert Fahrzyklen absolviert, sowohl nach oben als auch nach unten. Vor diesem Hintergrund wird der Unterschied beim Bremsenverschleiß und bei der Lebensdauer der Komponenten vor und nach der Modernisierung deutlich. Zur Veranschaulichung hilft ein Vergleich mit dem Bremsen eines Autos: Wenn bei nahezu null Geschwindigkeit gebremst wird, entsteht praktisch kein Verschleiß an den Bremsscheiben. Im Gegensatz dazu verursacht eine starke Bremsung beispielsweise bei 50 km/h einen erheblich höheren Verschleiß.

Aus meiner Sicht besteht die größte Herausforderung bei jeder Modernisierung darin, sicherzustellen, dass die zugrunde gelegten Annahmen durch das Endergebnis bestätigt werden und alle kritischen Einflussfaktoren berücksichtigt wurden. Die wichtigste Phase ist dabei stets die Parametrierung und Inbetriebnahme, vorausgesetzt natürlich, dass alle Komponenten korrekt ausgewählt wurden. In diesem Projekt war ich zuversichtlich, da wir bereits Messungen durchgeführt und die gesamte Anwendung eingehend analysiert hatten.

Bei unterschiedlichen Implementierungs- und Modernisierungsprojekten basiert unser Vertrauen auf langjähriger Erfahrung sowie auf dem Wissen, dass wir hochwertige Produkte einsetzen, denen wir uneingeschränkt vertrauen. Die Umsetzung in der Betonmischanlage stellte dennoch eine besondere Herausforderung dar, da sie für uns in gewisser Weise einen Prototypencharakter hatte. Zuvor hatten wir in einer vergleichbaren Anwendung noch keine Energierückgewinnung realisiert.

Darüber hinaus habe ich in mehr als zwanzig Jahren Berufserfahrung gelernt, dass stets unvorhergesehene Einflussgrößen auftreten können, selbst wenn diese auf unvollständige Informationen seitens des Kunden zurückzuführen sind. So kann es beispielsweise vorkommen, dass während des Produktionsprozesses bestimmte zusätzliche Arbeitsschritte durchgeführt werden, die nur gelegentlich stattfinden. Da sie selten auftreten, werden sie oftmals als unwichtig eingestuft und daher nicht erwähnt.

Aus diesem Grund beschränken wir uns nicht nur auf Messungen, sondern stellen stets eine Vielzahl von Fragen zum Betriebsverhalten sowie zu selten auftretenden, aber dennoch relevanten Betriebsszenarien. Grundsätzlich gilt: Je mehr Informationen und Daten verfügbar sind, desto reibungsloser verläuft die Umsetzung eines Projekts.

Wie bereits erwähnt, spielte in diesem konkreten Fall die Programmierung des Frequenzumrichters sowie die optimale Einstellung aller Parameter eine entscheidende Rolle. Während der äußerst präzisen Parametrierung der Motor-Bremsen-Steuerung, deren Ziel es war, den Verschleiß nahezu auf null zu reduzieren, stellte sich heraus, dass eine Versetzung der Endlagensensoren erforderlich sein würde. Gleichzeitig mussten geeignete Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten festgelegt und mit der korrekten Positionierung der Sensoren an der mechanischen Struktur abgestimmt werden.

All dies erforderte einen individuell auf diese Anwendung zugeschnittenen Ansatz sowie zahlreiche Testläufe und Optimierungsschritte. Ein weiterer wesentlicher Aspekt bestand darin, mindestens die gleiche Produktionsleistung aufrechtzuerhalten wie vor der Modernisierung.

Durch den Austausch der gesamten Steuerungstechnik verlängerten sich zunächst die Anfahr- und Bremsvorgänge. Die zuvor vorhandenen Überlastsituationen wurden vollständig beseitigt; der Wagen beschleunigt und stoppt nun kontrolliert und sanft. Dies wirkte sich jedoch zunächst nachteilig auf die Produktionsleistung aus. Daher mussten wir die Fahrgeschwindigkeiten des Wagens sowohl in Aufwärts- als auch in Abwärtsrichtung erhöhen, damit der vollständige Arbeitszyklus weiterhin innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters abgeschlossen werden konnte.

Natürlich traten dabei verschiedene technische Randbedingungen und Herausforderungen auf, die gelöst werden mussten. Alle diese Aufgaben konnten jedoch erfolgreich bewältigt werden. Deutlich größere Herausforderungen begegneten uns bei einem weiteren Projekt im selben Werk desselben Kunden. Dort modernisierten wir einen ähnlichen Förderwagen, der jedoch von zwei Elektromotoren angetrieben wurde, die auf eine gemeinsame Welle wirkten. Die dortigen technischen Anforderungen waren wesentlich komplexer, doch das ist eine ganz eigene Geschichte.

Auf diese Frage gibt es keine einheitliche, endgültige Antwort, denn die Energie fließt dorthin, wo in diesem Moment ein freier Weg vorhanden ist und sie auf den geringsten Widerstand trifft – also dorthin, wo sie am leichtesten fließen kann. In einem Fall versorgt sie vielleicht den Motor des Mischers oder einen anderen Antrieb, der in der Nähe anläuft, in einem anderen Fall wird sie von einem anderen Gerät, wie beispielsweise einem Ventilator, genutzt. Entscheidend ist, dass sie immer genutzt wird und nicht, wie vor der Modernisierung, verschwendet wird.

Es gibt zumindest mehrere Vorteile. An erster Stelle stehen die offensichtlichsten – finanzielle Gewinne, die in erster Linie auf einen geringeren Stromverbrauch und weniger Ausfälle zurückzuführen sind, insbesondere solche, die durch unerwartete Störungen verursacht werden.

Allerdings ist es ziemlich schwierig, diese Vorteile für eine flächendeckende Einführung in allen Betonwerken von Holcim Polska abzuschätzen. Wie soll beispielsweise der Stromverbrauch angegeben werden, wenn der Transportwagen einmal eine relativ trockene Mischung befördert – wie es an klaren Tagen typisch ist – und ein anderes Mal eine feuchte Mischung, die deutlich mehr wiegt? Zudem variieren die Betonmischanlagen in ihrer Größe. An einem Standort arbeitet das System möglicherweise mit einem 18,5-kW-Motor, an einem anderen hingegen mit 22 kW oder sogar 37 kW. Wie lassen sich die Einsparungen durch die Vermeidung von Ausfällen quantifizieren, wenn dieselbe Art von Störung unter bestimmten Umständen beispielsweise mehrere tausend Złoty kostet, unter anderen Umständen jedoch ein Vielfaches dieses Betrags? Wie lässt sich der Wert des verbesserten Arbeitskomforts für die Mitarbeiter – und dessen Auswirkungen auf die Produktivität – bewerten?

Welchen Wert haben die Vorteile für das Image von Holcim: als Arbeitgeber, der die Arbeitsbedingungen für seine Mitarbeiter verbessert, und als moderner Betonlieferant, der durch Investitionen in innovative technologische Lösungen sein Engagement für die Umwelt unter Beweis stellt? Aus meiner Sicht als Ingenieur macht allein schon die Tatsache, dass ein umweltfreundlicherer Beton hergestellt und gleichzeitig Kosten gesenkt werden – und damit höhere Gewinne erzielt werden –, diese Investition zu einer hervorragenden Entscheidung.

Leider werden derzeit keine derartigen Statistiken erhoben. Ich kann mich lediglich auf Messergebnisse beziehen, die für Holcim vor und nach der Modernisierung bei vergleichbaren Produktionsmengen derselben Mischungen erstellt wurden und die eine Stromeinsparung von etwa 11 kWh pro Tag ergaben – was für einen einzelnen Wagen mehr als 3 MWh pro Jahr entspricht. Ein weiterer erwähnenswerter Vorteil ist der verbesserte Arbeitskomfort, insbesondere für die Mitarbeiter, die für Wartung und Betriebssicherheit zuständig sind. Bekanntlich ist ein Anlagenausfall an sich schon unangenehm – ganz zu schweigen von der Arbeit unter Zeitdruck, wenn Aufträge vorliegen und die Anlage stillsteht. Nach der Modernisierung ermöglicht der Bediener mit Unterstützung der FR-Software „Configurator-2“ eine umfassende Überwachung des Motorbetriebs sowie Diagnosefunktionen, wodurch Wartungsarbeiten, einschließlich Maßnahmen wie der Austausch von Lagern, zuverlässig geplant werden können.

Was diese Modernisierung betrifft, so glaube ich, dass alle wesentlichen Punkte bereits angesprochen wurden. Ich möchte lediglich hinzufügen, dass ich mich persönlich sehr darüber freue, dass zu unserem Team Ingenieure und Automatisierungsspezialisten gehören, die neue technologische Lösungen effektiv und innovativ umsetzen können. Es erfüllt mich zudem mit großer Zufriedenheit, dass DWI MOTION meines Wissens nach wahrscheinlich das erste Unternehmen in Polen ist, das eine Modernisierung dieser Art durchführt. Mir ist niemand bekannt, der vor uns eine Betonmischanlage auf diese Weise – unter Einsatz eines regenerativen Moduls – modernisiert und dabei auch nur ein vergleichbares Ergebnis erzielt hat. Erfreulich ist zudem, dass Unternehmen in unserem Land zunehmend auf die von uns angebotenen innovativen Lösungen von Mitsubishi Electric setzen und dadurch messbare finanzielle Vorteile erzielen.

Unserer Ansicht nach sind die Sensibilisierung der Kunden und deren Aufklärung von entscheidender Bedeutung; daher legen wir sowohl bei Kundengesprächen als auch in den von uns durchgeführten Schulungen zur Antriebstechnik besonderen Wert auf die Vorteile des Einsatzes moderner, technologisch fortschrittlicher Produkte. Wir zeigen auf, dass deren Einsatz einen Wettbewerbsvorteil verschafft und zusätzliche Gewinne generiert und dass ein geringerer Energieverbrauch zudem zur Senkung der CO₂-Emissionen in die Atmosphäre beiträgt. Auf diese Weise tragen wir dazu bei, bessere Lebensbedingungen für uns, unsere Kinder und künftige Generationen zu sichern. Abschließend möchte ich mich für die Einladung und das Treffen bedanken. Ich hoffe, dass dieser Beitrag sowie meine Überlegungen für die Leser von Nutzen sein werden.

Die Erfahrungen von Holcim zeigen, dass selbst scheinbar geringfügige Verbesserungen an Antriebs- und Automatisierungssystemen erhebliche geschäftliche und ökologische Vorteile mit sich bringen können. Da diese Lösung potenziell auch an weiteren Standorten umgesetzt werden kann, besteht ein erhebliches Potenzial für weitere Energieeinsparungen und Emissionsminderungen, was die langfristigen Nachhaltigkeitsziele des Unternehmens unterstützt. Um mehr über das Projekt zu erfahren und ein Video zur Umsetzung anzusehen, klicken Sie bitte auf den unten stehenden Link.